本發(fā)明涉及MEMS電容式加速度傳感器，具體是一種抗高過載低量程電容式加速度傳感器及其制造方法。

背景技術(shù)：

MEMS電容式加速度傳感器廣泛應(yīng)用于衛(wèi)星導(dǎo)航、導(dǎo)彈制導(dǎo)、炮彈定向、汽車防震保護、自動剎車、醫(yī)療服務(wù)等領(lǐng)域。在現(xiàn)有技術(shù)條件下，MEMS電容式加速度傳感器主要包括叉指式MEMS電容式加速度傳感器、扭擺式MEMS電容式加速度傳感器、懸臂梁式MEMS電容式加速度傳感器、三明治式MEMS電容式加速度傳感器等。實踐表明，現(xiàn)有MEMS電容式加速度傳感器由于自身結(jié)構(gòu)所限，普遍存在如下問題：其一，現(xiàn)有MEMS電容式加速度傳感器在高過載條件下無法實現(xiàn)穩(wěn)定輸出。其二，現(xiàn)有MEMS電容式加速度傳感器無法實現(xiàn)高精度與抗高過載的動態(tài)平衡?；诖耍斜匾l(fā)明一種全新的MEMS電容式加速度傳感器，以解決現(xiàn)有MEMS電容式加速度傳感器存在的上述問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明為了解決現(xiàn)有MEMS電容式加速度傳感器在高過載條件下無法實現(xiàn)穩(wěn)定輸出、無法實現(xiàn)高精度與抗高過載的動態(tài)平衡的問題，提供了一種抗高過載低量程電容式加速度傳感器及其制造方法。

本發(fā)明是采用如下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

一種抗高過載低量程電容式加速度傳感器，包括四懸臂梁結(jié)構(gòu)和玻璃電極結(jié)構(gòu)；

所述四懸臂梁結(jié)構(gòu)包括硅邊框、硅質(zhì)量塊、四個硅懸臂梁、八個二氧化硅防護臺；硅質(zhì)量塊的厚度小于硅邊框的厚度；四個硅懸臂梁的厚度一致，且四個硅懸臂梁的厚度均小于硅質(zhì)量塊的厚度；四個硅懸臂梁的外端端面分別與硅邊框的四個內(nèi)側(cè)面中央連接為一體，且每個硅懸臂梁的外端側(cè)面與硅邊框的內(nèi)側(cè)面之間均設(shè)有倒角；四個硅懸臂梁的內(nèi)端端面分別與硅質(zhì)量塊的四個側(cè)面中央連接為一體，且每個硅懸臂梁的內(nèi)端側(cè)面與硅質(zhì)量塊的側(cè)面之間均設(shè)有倒角；其中四個二氧化硅防護臺分別固定于硅質(zhì)量塊的正面四角；另外四個二氧化硅防護臺分別固定于硅質(zhì)量塊的反面四角；

所述玻璃電極結(jié)構(gòu)包括兩個玻璃基板、兩個金屬電極；每個玻璃基板的正面和反面之間均貫通開設(shè)有一個通孔；兩個金屬電極分別濺射于兩個通孔內(nèi)；

兩個玻璃基板分別鍵合于硅邊框的正面和反面，且兩個金屬電極分別與硅質(zhì)量塊的正面和反面正對。

工作時，兩個金屬電極分別通過引線與外部檢測電路連接。硅質(zhì)量塊和第一個金屬電極共同構(gòu)成第一電容結(jié)構(gòu)。硅質(zhì)量塊和第二個金屬電極共同構(gòu)成第二電容結(jié)構(gòu)。具體工作過程如下：當(dāng)傳感器受到?jīng)_擊時，硅質(zhì)量塊發(fā)生上下位移，硅質(zhì)量塊與兩個金屬電極之間的距離均發(fā)生變化（若硅質(zhì)量塊與第一個金屬電極之間的距離增大，則硅質(zhì)量塊與第二個金屬電極之間的距離減小。反之，若硅質(zhì)量塊與第一個金屬電極之間的距離減小，則硅質(zhì)量塊與第二個金屬電極之間的距離增大），第一電容結(jié)構(gòu)的電容值和第二電容結(jié)構(gòu)的電容值均發(fā)生變化。此時，外部檢測電路通過兩個金屬電極檢測出第一電容結(jié)構(gòu)的電容值變化量與第二電容結(jié)構(gòu)的電容值變化量之間的差值，并根據(jù)這一差值計算得到?jīng)_擊加速度的值，由此實現(xiàn)沖擊加速度的檢測。在上述過程中，二氧化硅防護臺起到如下作用：當(dāng)沖擊過大時，二氧化硅防護臺一方面能夠防止硅質(zhì)量塊與兩個金屬電極貼合而形成靜電吸附，另一方面能夠防止硅質(zhì)量塊位移過大而導(dǎo)致四個硅懸臂梁斷裂。倒角的作用是減小四個硅懸臂梁受到的沖擊，以保護結(jié)構(gòu)的完整。

基于上述過程，與現(xiàn)有MEMS電容式加速度傳感器相比，本發(fā)明所述的一種抗高過載低量程電容式加速度傳感器通過采用全新結(jié)構(gòu)，具備了如下優(yōu)點：其一，本發(fā)明在高過載條件下實現(xiàn)了穩(wěn)定輸出。其二，本發(fā)明實現(xiàn)了高精度與抗高過載的動態(tài)平衡。

一種抗高過載低量程電容式加速度傳感器的制造方法（該方法用于制造本發(fā)明所述的一種抗高過載低量程電容式加速度傳感器），該方法是采用如下步驟實現(xiàn)的：

a.四懸臂梁結(jié)構(gòu)的制造：首先選取硅片，并對硅片進行清洗；然后在硅片的正面和反面生長二氧化硅掩膜，并在二氧化硅掩膜上形成刻蝕圖形；然后按照刻蝕圖形，先對硅片的正面和反面進行濕法腐蝕，再對硅片的正面和反面進行干法刻蝕，由此得到四懸臂梁結(jié)構(gòu)；

b.玻璃電極結(jié)構(gòu)的制造：首先選取兩個玻璃基板，并在每個玻璃基板的正面和反面之間均貫通開設(shè)一個通孔；然后分別在兩個通孔內(nèi)濺射金屬，由此得到兩個金屬電極；

c.四懸臂梁結(jié)構(gòu)和玻璃電極結(jié)構(gòu)的組裝：將兩個玻璃基板分別鍵合于硅邊框的正面和反面，并保證兩個金屬電極分別與硅質(zhì)量塊的正面和反面正對，由此得到抗高過載低量程電容式加速度傳感器。

本發(fā)明有效解決了現(xiàn)有MEMS電容式加速度傳感器在高過載條件下無法實現(xiàn)穩(wěn)定輸出、無法實現(xiàn)高精度與抗高過載的動態(tài)平衡的問題，適用于衛(wèi)星導(dǎo)航、導(dǎo)彈制導(dǎo)、炮彈定向、汽車防震保護、自動剎車、醫(yī)療服務(wù)等領(lǐng)域。

附圖說明

圖1是本發(fā)明所述的一種抗高過載低量程電容式加速度傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明所述的一種抗高過載低量程電容式加速度傳感器的四懸臂梁結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本發(fā)明所述的一種抗高過載低量程電容式加速度傳感器的玻璃電極結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1-硅邊框，2-硅質(zhì)量塊，3-硅懸臂梁，4-二氧化硅防護臺，5-倒角，6-玻璃基板，7-金屬電極。

具體實施方式

一種抗高過載低量程電容式加速度傳感器，包括四懸臂梁結(jié)構(gòu)和玻璃電極結(jié)構(gòu)；

所述四懸臂梁結(jié)構(gòu)包括硅邊框1、硅質(zhì)量塊2、四個硅懸臂梁3、八個二氧化硅防護臺4；硅質(zhì)量塊2的厚度小于硅邊框1的厚度；四個硅懸臂梁3的厚度一致，且四個硅懸臂梁3的厚度均小于硅質(zhì)量塊2的厚度；四個硅懸臂梁3的外端端面分別與硅邊框1的四個內(nèi)側(cè)面中央連接為一體，且每個硅懸臂梁3的外端側(cè)面與硅邊框1的內(nèi)側(cè)面之間均設(shè)有倒角5；四個硅懸臂梁3的內(nèi)端端面分別與硅質(zhì)量塊2的四個側(cè)面中央連接為一體，且每個硅懸臂梁3的內(nèi)端側(cè)面與硅質(zhì)量塊2的側(cè)面之間均設(shè)有倒角5；其中四個二氧化硅防護臺4分別固定于硅質(zhì)量塊2的正面四角；另外四個二氧化硅防護臺4分別固定于硅質(zhì)量塊2的反面四角；

所述玻璃電極結(jié)構(gòu)包括兩個玻璃基板6、兩個金屬電極7；每個玻璃基板6的正面和反面之間均貫通開設(shè)有一個通孔；兩個金屬電極7分別濺射于兩個通孔內(nèi)；

兩個玻璃基板6分別鍵合于硅邊框1的正面和反面，且兩個金屬電極7分別與硅質(zhì)量塊2的正面和反面正對。

所述二氧化硅防護臺4也可用氮化硅防護臺替代。

一種抗高過載低量程電容式加速度傳感器的制造方法（該方法用于制造本發(fā)明所述的一種抗高過載低量程電容式加速度傳感器），該方法是采用如下步驟實現(xiàn)的：

a.四懸臂梁結(jié)構(gòu)的制造：首先選取硅片，并對硅片進行清洗；然后在硅片的正面和反面生長二氧化硅掩膜，并在二氧化硅掩膜上形成刻蝕圖形；然后按照刻蝕圖形，先對硅片的正面和反面進行濕法腐蝕，再對硅片的正面和反面進行干法刻蝕，由此得到四懸臂梁結(jié)構(gòu)；

b.玻璃電極結(jié)構(gòu)的制造：首先選取兩個玻璃基板6，并在每個玻璃基板6的正面和反面之間均貫通開設(shè)一個通孔；然后分別在兩個通孔內(nèi)濺射金屬，由此得到兩個金屬電極7；

c.四懸臂梁結(jié)構(gòu)和玻璃電極結(jié)構(gòu)的組裝：將兩個玻璃基板6分別鍵合于硅邊框1的正面和反面，并保證兩個金屬電極7分別與硅質(zhì)量塊2的正面和反面正對，由此得到抗高過載低量程電容式加速度傳感器。

所述二氧化硅掩膜也可用氮化硅掩膜替代。